Um ventilador é uma máquina que produz fluxo de gás com duas ou mais pás fixadas a um eixo rotativo. Os ventiladores convertem a energia mecânica rotacional, aplicada aos seus eixos, em aumento de pressão total do gás em movimento. Esta conversão é obtida através da alteração do momento do fluido.
Os códigos de teste de potência da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) limitam a definição de ventilador a máquinas que aumentam a densidade do gás em no máximo 7% à medida que percorre o trajeto desde a aspiração até a descarga. Este é um aumento de aproximadamente 7.620 Pa (762 milímetros de coluna d´água) com base no ar padrão. Para pressões superiores a 7.620 Pa (762 milímetros de coluna d´água), o dispositivo de movimentação do ar é um compressor ou soprador. Existem muitas outras definições, com limites de pressão distintos, sendo que o Brasil não adota, oficialmente, nenhuma especificamente.
Ventiladores para aquecimento, ventilação e ar condicionado, inclusive em sistemas de alta velocidade ou de alta pressão, raramente atingem mais que 2.500 – 3.000 Pa (250 a 300 mm de coluna de água).
Há três componentes principais em um ventilador: o propulsor (também chamado de rotor), o meio de acioná-lo e a carcaça.
Para prever com razoável exatidão o desempenho de um ventilador na instalação, um projetista deve saber:
(a) Como o ventilador foi testado e qual procedimento (norma) foi seguido.
(b) Os efeitos que o sistema de distribuição de ar terá no desempenho do ventilador.
Ventiladores de tipos diferentes, ou ainda ventiladores do mesmo tipo fornecidos por fabricantes diferentes, não irão interagir com o sistema da mesma maneira.
TERMINOLOGIA E DEFINIÇÕES DOS VENTILADORES
Ar Padrão (Sistema Internacional)
Ar seco a 20ºC e 101,325 kPa. Sob essas condições, o ar seco tem uma densidade de massa de 1,204 kg/m3.
Pressão Relativa – Coluna d’água (ca)
É a medida de pressão acima da atmosférica expressa como a altura de uma coluna de água em mm (ou polegadas). A pressão atmosférica ao nível do mar iguala-se a 10.340 mm (407,1 polegadas) de água ou 10m (33,97 pés) de água (Fig 1).
Pressão Estática (Pe)
É a diferença entre a pressão absoluta em um determinado ponto em uma corrente de ar ou câmara pressurizada e a pressão absoluta da atmosfera ambiente, sendo positiva quando a pressão neste ponto estiver acima da pressão ambiente e negativa quando estiver abaixo. Atua igualmente em todas as direções, independente da velocidade do ar e é uma medida da energia potencial disponível em uma corrente de ar.
Pressão de Velocidade/Pressão Dinâmica
É a pressão exigida para acelerar o ar da velocidade zero para alguma velocidade e é proporcional à energia cinética da corrente de ar. A pressão de velocidade apenas será exercida na direção do fluxo de ar e é sempre positiva (Fig 2).
Pd = V 2 para ar padrão
1,3
Onde: Pd = pressão dinâmica em Pa
V = velocidade em m/s
Ou Pd = ( r V2 ) / 2g
Onde: Pd = pressão dinâmica em mmca
V = velocidade em m/s
r = densidade de 1,204 kg/m3
g = acelereção da gravidade de 9,81 m/s2
Pressão Total
Soma algébrica da pressão dinâmica e estática. É uma medida da energia total disponível na corrente de ar. (Fig. 3)
Pressão Total do Ventilador
Diferença algébrica entre a pressão total média na descarga do ventilador e a pressão total média na aspiração do ventilador. É a medida da energia mecânica total acrescentada ao ar ou gás pelo ventilador.
A Fig. 4 mostra como isto é medido.
Vazão (Q)
É a quantidade de ar ou gás, em volume, movimentada pelo ventilador na unidade de tempo, portanto independente da densidade do ar. A unidade usual é m3/h, mas no SI o correto é utilizar m3/s.
Pressão Estática do Ventilador
A pressão estática do ventilador (Fig. 5) é uma grandeza usada na medição do desempenho de ventiladores e não pode ser medida diretamente. É a pressão total do ventilador menos a pressão dinâmica correspondente à velocidade média do ar na descarga do ventilador. Observa-se que não é a diferença entre a pressão estática na descarga e a pressão estática na aspiração, isto é, não é a pressão estática do sistema externo.
Potência Absorvida pelo ventilador (Pabs)
É a potência real que um ventilador requer para mover um dado volume de ar a uma determinada pressão. Pode incluir a potência absorvida por correias em V, acessórios e quaisquer outras exigências de potência além do suprimento de força do ventilador.
Onde: ht = rendimento total do ventilador
Q = vazão em m3/s
Pt = pressão total em Pa
Pabs = potência em kW
Ou
Onde: ht = rendimento total do ventilador
Q = vazão em m3/h
Pt = pressão total em mmca
Pabs = potência em cv
Rendimento Estático (he)
É a potência estática dividida pela potência absorvida do ventilador.
Rendimento Total (ht)
Também chamado de rendimento mecânico, ou simplesmente rendimento. É a razão da saída de potência sobre o suprimento de potência.
Pressão Estática com vazão nula
Condição de operação em que a descarga do ventilador encontra-se completamente fechada, resultando em nenhum fluxo de ar. (Fig. 6).
Condição de descarga livre
Nesta condição de operação a pressão estática através do ventilador é zero, e a vazão é máxima.
(Fig 7).
Intervalo de Aplicação
É o intervalo de vazões e pressões de operação, determinado pelo fabricante, no qual um ventilador irá operar satisfatoriamente. (Fig. 8)
O intervalo de aplicação típica para ventiladores centrífugos com pás voltadas para a frente é de 30% a 80% da vazão máxima, para ventiladores inclinados para trás é de 40% a 85% da vazão máxima e para ventiladores com pás radiais de 35% a 80% da vazão máxima.
Velocidade Periférica (Vp)
É igual a circunferência do rotor multiplicada pela RPM do ventilador e é expressa em m/s. (Fig. 9.)
Onde :
D = diâmetro do rotor em metros
N = velocidade em RPM
